DE60128930T2

DE60128930T2 - Hochfester ,hochduktiler faserbeton

Info

Publication number: DE60128930T2
Application number: DE2001628930
Authority: DE
Inventors: Pascal Casanova; Hu Chong; Bernard Clavaud
Original assignee: Lafarge SA
Current assignee: Lafarge SA
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2021-09-01
Also published as: DK1315683T3; FR2813601B1; WO2002018291A1; CN1466555A; CA2420775A1; AU2001287793A1; PT1315683E; ZA200301717B; EP1315683A1; DE60128930D1; JP2004507431A; FR2813601A1; BR0113683A; HK1052919A1; JP4947507B2; US6887309B2; MXPA03001807A; HK1052919B; CA2420775C; BR0113683B1

Description

Das Gebiet der Erfindung betrifft Faserbetons und insbesondere Betons mit sehr hoher Leistungsfähigkeit auf der Basis eines hydraulischen Bindemittels vom Typ Portland-Zement oder dergleichen, die Metallfasern umfassen.
Der oben verwendete Ausdruck "Beton" umfasst allgemein ohne Unterschied Betons, Mörtel oder Spritzmörtel, um die es im Folgenden geht.
Zur Zeit gibt es Betons mit hoher Leistungsfähigkeit ohne Fasern, die den Nachteil haben, zerbrechlich mit geringer Biegefestigkeit zu sein.
Nun wünscht man aber bei zahlreichen Verwendungen im Bauwesen und insbesondere für die Auskleidung von Tunneln mit Hilfe von vorgefertigten Gewölbesteinen geringe Dicken, was Betons mit hoher und sehr hoher Leistungsfähigkeit erfordert. Außerdem wünscht man in Anbetracht der schweren Bedingungen, denen diese Gewölbesteine ausgesetzt sind, eine erhöhte Biegefestigkeit sowie eine erhöhte Verarbeitbarkeit und Duktilität des Betons.
Dies kann auf ökonomischer Ebene mit Betons, die mit klassischen passiven Bewehrungen verstärkt sind, nicht in befriedigender Weise erreicht werden, auch wenn es sich um Betons mit sehr hoher Leistungsfähigkeit handelt (Druckfestigkeit Rc über 120 MPa). Diese klassischen Gewölbesteine sind komplexen und multidirektionalen Belastungen ausgesetzt. Insbesondere müssen sie eine an prismatischen Probekörpern gemessene Biegefestigkeit von über 15 MPa aufweisen, während sie duktil sind.
Unter Duktilität eines nichtelastischen Materials, wie Beton, versteht man die Fähigkeit des letzteren, sich über seine Elastizitätsgrenze hinaus zu verformen, ohne plötzlich zu reißen, wobei er vorzugsweise eine Erhöhung der Kraft oder wenigstens ein Plateau aufweist.
Außerdem ist es wünschenswert, dass diese Betons eine variable Konsistenz haben, die je nach Anwendung von fest bis selbstverdichtend reicht.
Zur Zeit gibt es neuere technische Lösungen in Form von Betons mit sehr hoher Leistungsfähigkeit, die Metallfasern oder organische Fasern umfassen, duktil sind oder deren technische Leistungsfähigkeit der Realisierung von Elementen mit Eigenschaften, die für die Gewölbesteine von Tunnels vorgesehen sind, entsprechen kann.
Insbesondere schlagen die Patentanmeldungen WO-99/28267 und EP-934915 Faserbetons mit sehr hoher Leistungsfähigkeit vor, die den gewünschten technischen Anforderungen entsprechen können. Gleichwohl beschreibt die Patentanmeldung WO-99/28267 einen Beton, dessen Korngerüst feine und ultrafeine Teilchen umfasst, die ihm eine hohe Leistungsfähigkeit verleihen, aber für die beabsichtigten Verwendungen teuer machen.
In der Patentanmeldung EP-934915 werden die oben genannten gewünschten technischen Anforderungen einerseits mit Hilfe von sehr harten Granulaten, wie calciniertem Bauxit, einem teuren Granulat, und andererseits durch die Verwendung sehr hoher Mengen von feinen und ultrafeinen Teilchen erreicht, was die Materialien ebenfalls teuer macht.
Neben der Tatsache, dass diese Zubereitungen sehr teuer sind, benötigen sie zu ihrem Einsatz auch die Verwendung besonderer Geräte für die Einführung der Fasern und das Mischen des Faserbetons. Es ist also schwierig, sie in klassischen Einheiten für gebrauchsfertigen Beton mit über eine Distanz erfolgender Lieferung des Betons im Transportbetonmischer einzusetzen.
Das Dokument FR 2 633 922 beschreibt einen faserverstärkten verdichteten Beton, der 36 Gew.-% Diorit 0/6, 50 Gew.-% Diorit 6/10, 14 Gew.-% Zement mit hoher Leistungsfähigkeit, 4% Wasser, 80 kg/m³ Schmelzfaserbeton, 10 Gew.-% Quarzstaubzement und 2 Gew.-% Zement als Trockenextrakt des Verflüssigers Sikafluid umfasst.
Das Dokument US 6,080,234 , das eine Modifikation des Dokuments FR 2 633 922 darstellt, beschreibt einen Beton, der gegossen oder verdichtet werden kann.
Die Verwendung der Rezepturen des Standes der Technik erlaubt es nicht, unter ökonomischen Gesichtspunkten befriedigende Lösungen zu erhalten, um das gestellte Problem zu lösen, d.h. einen duktilen Beton mit einer Druckfestigkeit Rc von über 120 MPa und einer Biegefestigkeit Rfl von größer oder gleich 15 MPa (wobei die Beständigkeiten Rc und Rfl an zylindrischen und prismatischen Probekörpern gemessen werden) zu realisieren, der höchstens 120 kg Metallfasern pro m³ Beton umfasst, und zwar unter Verwendung von klassischen Granulaten, wie sie in den klassischen Einheiten für gebrauchsfertigen Beton oder in den Vorfertigungseinheiten zur Verfügung stehen.
Um über einen Beton zu verfügen, der diesen Kriterien entspricht, ist die Anmelderin, um die gewünschten mechanischen Anforderungen mit viel geringeren Materialkosten zu erhalten, dazu gelangt, ein von dem Stand der Technik verschiedenes Zubereitungskonzept einzusetzen, das darin besteht, ein Korngerüst des apollonischen Typs in Gegenwart von Fasern und eine unter mechanischen und rheologischen Gesichtspunkten optimierte Bindemittelzusammensetzung zu verwenden; die Menge der Zusammensetzung im Beton wird durch den Grad der Lockerung des Korngerüsts bestimmt, der notwendig ist, um die gewünschte Verarbeitbarkeit zu erhalten.
Ein Ziel der Erfindung besteht also darin, einen Beton mit sehr hoher Leistungsfähigkeit mit Metallfasern vorzuschlagen, der mittlere mechanische Eigenschaften aufweist (gemessen an zylindrischen und prismatischen Probekörpern), d.h.:
Rc > 120 MPa und
Rfl ≥ 15 MPa,
wobei er duktil ist und höchstens 120 kg Metallfasern pro m³ Beton umfasst, und zwar unter Verwendung von klassischen Granulaten, wie sie in den Anlagen für gebrauchsfertigen Beton oder in den Anlagen für vorgefertigte Elemente zugänglich sind.
Je nach Art der Anwendung können diese Betons eine Konsistenz haben, die von fest bis selbstverdichtend reicht, wobei die Bestimmung dieser Konsistenz gemäß der Norm DIN 1048 erfolgt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es also, mit den üblichen Bestandteilen von Betons mit hoher Leistungsfähigkeit einen Beton mit Metallfasern mit einem Gehalt an Metallfasern von kleiner oder gleich 120 kg/m³ zu realisieren, wobei es diese Betons insbesondere erlauben, Gewölbesteine für Tunnels ohne Bewehrungen und mit einer Dicke, die unter 10 cm liegen kann, zu realisieren.
Die Zusammensetzung des Betons gemäß der Erfindung erlaubt es, Faserbetons mit technischer Leistungsfähigkeit und gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Kosten zu realisieren. Insbesondere kann die Zusammensetzung auf die Verwendung jeder Art von Fasern im Beton ausgedehnt werden. Die erhaltenen Kosten/Leistungs-Indices sind günstiger als diejenigen der bisher bekannten Zusammensetzungen von Faserbetons.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden erreicht, indem man einen Beton mit einer nach 28 Tagen bewerteten Biegefestigkeit Rfl von wenigstens 15 MPa, die an prismatischen Probekörpern durch 4-Punkt-Biegeversuche nach dem durch die Norm NF P 18-409 definierten Arbeitsmodus gemessen wird, welcher sich aus einer gehärteten Zementmatrix zusammensetzt, in der Metallfasern dispergiert sind, und der erhalten wird durch Mischen von Bestandteilen, die Folgendes umfassen:

a) einen Zement, dessen Teilchen eine D50-Korngröße von 10 μm bis 20 μm haben;
b) ultrafeine, puzzolanisch reagierende Elemente, deren Primärteilchen eine D50-Korngröße von höchstens 1 μm haben;
c) granuläre Elemente, die zwischen zwei Kornklassen C₁ und C₂ verteilt sind, welche folgendermaßen definiert sind: C₁: Teilchen mit einer Größe von über 1 μm und unter 5 mm; C₂: Teilchen mit einer Größe von 5 bis 15 mm und vorzugsweise 6 bis 12 mm;
d) eine Wassermenge E, die zu dem Gemisch gegeben wird;
e) ein Dispergiermittel, vorzugsweise ein Fließmittel (Superplasticizer), das in einem Anteil an der Trockenmasse von 1,5 bis 5 Vol.-% vorhanden ist, bezogen auf den Zement;
f) Metallfasern, die in einer Menge von höchstens 120 kg pro m³ Beton vorhanden sind und eine solche individuelle Länge L haben, dass der Beton ein Verhältnis L/ϕ von wenigstens 2 und vorzugsweise wenigstens 3 aufweist, wobei L die individuelle Länge der Fasern ist und ϕ der Durchmesser des größten Korns ist;

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Vorteilhafterweise gelten unabhängig von der Konsistenz des erhaltenen Betons die folgenden Beziehungen für die Verhältnisse 1, 3, 4 der als Volumenanteil ausgedrückten Gehalte an den Bestandteilen (a), (b), (C₁), (C₂) und der Wassermenge E:
Verhältnis 1 0,60 ≤ (C₂)/(C₁) ≤ 1,0
Verhältnis 3 0,15 ≤ (b)/(a) ≤ 0,25
Verhältnis 4 0,55 ≤ E/[(a) + (b)] ≤ 0,70.
Gemäß der gewünschten Konsistenz des Betons von fest bis selbstverdichtend genügt das Verhältnis 2 der Bestandteile (a), (b), (C₁) und (C₂) den folgenden Beziehungen:

1) Verhältnis 2 0,25 ≤ [(a) + (b)]/[(C₁) + (C₂)] ≤ 0,45 im Falle einer festen bis flüssigen Konsistenz;
2) Verhältnis 2 0,45 ≤ [(a) + (b)]/[(C₁) + (C₂)] ≤ 0,65 im Falle einer selbstverdichtenden Konsistenz;

Die Anwesenheit von Metallfasern in der Zusammensetzung des Betons gemäß der Erfindung ermöglicht die Realisierung von Gewölbesteinen für Tunnels ohne Bewehrungen und auch von Elementen wie Fliesen, Platten, Schalen oder dergleichen.
Der Zement (a) der Zusammensetzung gemäß der Erfindung ist vorteilhafterweise ein Portlandzement. Vorzugsweise ist der Zement der Zusammensetzung gemäß der Erfindung ein HTS-Portlandzement, wobei der Zement wenigstens 20 Gew.-% kombiniertes Siliciumoxid umfasst, bezogen auf das Gewicht des Zements. Der Zement kann auch ein Zement auf Basis von Calciumaluminaten oder jedem hydraulischen Bindemittel auf der Basis von Hochofenschlacken oder auch jedem hydraulischen Bindemittel auf der Basis von Gemischen dieser Zemente und/oder Schlacken sein.
Die ultrafeinen, puzzolanisch reagierenden Elemente (b) sind in der Technik bekannt. Sie sind im Allgemeinen aus Quarzstaub, vorzugsweise Quarzstaub aus der Zirconiumindustrie oder der Siliciumindustrie, ausgewählt.
Die granulären Elemente (c) können allesamt granuläre Elemente sein, die klassischerweise für die Herstellung von Beton zugänglich sind. Bei den granulären Elementen (c) handelt es sich um Kiessand, Sand oder Gemische von gesiebtem oder gemahlenem Sand.
In einer bevorzugten Ausführungsform haben die Zementteilchen (a) eine Korngröße D50 in der Größenordnung von 15 μm, und die ultrafeinen, puzzolanisch reagierenden Elemente (b) haben eine D50-Teilchengröße von unter 1 μm.
Was die Metallfasern betrifft, so können diese insbesondere aus Stahlfasern mit geringem Kohlenstoffgehalt (hypoeutektoiden Stählen), Stahlfasern mit hohem Kohlenstoffgehalt (eutektoiden und hypereutektoiden Stählen), die erhöhte mechanische Festigkeiten haben, legierten oder mikrolegierten Stahlfasern, amorphen Stahlfasern oder auch Edelstahlfasern ausgewählt werden. Vorzugsweise werden Stahlfasern mit geringem Kohlenstoffgehalt oder Stahlfasern mit hohem Kohlenstoffgehalt verwendet.
Die Menge der Metallfasern im Beton ist kleiner oder gleich 120 kg pro m³ Beton, im Allgemeinen 20 bis 120 kg pro m³ Beton und vorzugsweise 40 bis 100 kg pro m³ Beton.
Auf das Volumen bezogen stellen die Metallfasern im Allgemeinen 1,5% oder weniger des Volumens des Betons dar.
Die individuelle Länge L der Metallfasern ist im Allgemeinen wenigstens zweimal und vorzugsweise wenigstens dreimal so groß wie die Größe des größten Korns.
Die Stahlfasern können gegebenenfalls mit einem Nichteisenmetall, wie Kupfer, Zink, Nickel oder ihren Legierungen, überzogen sein.
Man kann Fasern mit variabler Geometrie verwenden: Sie können ausgezackt, gewellt oder an den Enden mit Haken versehen sein.
Man kann auch die Rauheit der Fasern variieren und/oder Fasern mit variablem Querschnitt verwenden.
Die Zusammensetzung gemäß der Erfindung umfasst auch ein Dispergiermittel, vorzugsweise ein Fließmittel, das in einem Anteil an der Trockenmasse von 1,5 bis 5 Vol.-% und vorzugsweise 2,5 bis 3,5 Vol.-% vorhanden ist, bezogen auf den Zement.
Fließmittel sind klassische Bestandteile von Beton, die die Rheologie des Betons verbessern sollen. Unter diesen Fließmitteln werden insbesondere polyoxyethylenierte Phosphonate POE, Polyoxpolycarboxylate PCP und ihre Gemische empfohlen. Diese Fließmittel sind handelsübliche Produkte; genannt seien zum Beispiel die Produkte OPTIMA 100^®, PREMIA 100^® und OPTIMA 175^®, die von der Firma Chryso vertrieben werden.
Die Betons gemäß der Erfindung können neben verschiedenen Additiven, wie insbesondere Farbpigmenten, Dispergiermitteln, Schaumverhütungsmitteln, Antischwitzmitteln oder Antisedimentationsmitteln, auch Härtungsbeschleuniger oder wässrige Emulsionen von organischen Produkten, die dem Fachmann wohlbekannt sind, umfassen.
Die Betons gemäß der Erfindung können auch kurze Fasern (Länge höchstens 2 mm, vorzugsweise höchstens 1 mm) aus Polyvinylalkohol, Polyacrylnitril, Polyethylen hoher Dichte, Aramidpolyamid oder Polypropylen umfassen.
Der Beton wird nach irgendeinem, dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt, insbesondere durch Anrühren der festen Bestandteile mit Wasser, Formen und Aushärten.
Allgemein kann die Reifung des erhaltenen Betons erfolgen:

• entweder in Form einer Aufbewahrung bei 20 °C und mehr als 90% relativer Feuchtigkeit;
• oder unter Durchführung einer Wärmebehandlung nach dem Einbringen in die Form;
• oder unter Durchführung einer Wärmebehandlung nach einer vorbestimmten Verweilzeit, während der er nach dem Einbringen in die Form bei 20 °C und mehr als 90% relativer Feuchtigkeit aufbewahrt wurde.

Diese Wärmebehandlung erfolgt bei einer Temperatur zwischen 20 und 100 °C.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen Betons weisen Folgendes auf:

– eine Biegefestigkeit Rfl, die an prismatischen Probekörpern gemessen wird, von größer oder gleich 15 MPa;
– eine an zylindrischen Probekörpern gemessene Druckfestigkeit Rc von größer oder gleich 120 MPa;

Beton, der den Beispielen 1 und 2 entspricht
1) Rohstoffe

• Damit die durchgeführten Vergleiche ihre volle Bedeutung erhalten, wurden für alle Beispiele dieselben, im Folgenden angegebenen Bestandteile verwendet.
• Zement: – Portlandzement mit hohem Siliciumoxidgehalt des Typs HTS (CPA CEM I 52,5) von der Firma Lafarge Ciments France; – Portlandzement des Typs 50 (gemäß der kanadischen Norm CSA) von der Firma Lafarge Corporation.
• granuläre Elemente: – Schwemmsand Grenade 0/4 der Firma Lafarge Granulats France; – Kiessand LE TERTRE 6/10 (silikatisches Sedimentgestein) der Firma Lafarge Granulats France; – Quarzsand GSI 0/0.315 der Firma SIFRACO; – Granitkies 6/12 – Quarzsand 0/5 – Quarzsand 0/0,5.
• Zementadditive: – Flugasche der Firma Sundance.
• ultrafeine, puzzolanisch reagierende Elemente: – Quarzstaub: Elkem 940 U – Quarzstaub SKW
• Fließmittel: – polyoxyethyleniertes Phosphonat (POE) OPTIMA 100^® der Firma Chryso, Frankreich; – Gemisch von polyoxyethyleniertem Phosphonat (POE) und Polyoxpolycarboxylat PCP, OPTIMA 175^®, der Firma Chryso, Frankreich;
• Metallfasern:

Fasern A:
Stahlfasern DRAMIX RC 80-60 IC von der Firma Bekaert in Form von Plättchen, die aus ungefähr dreißig aneinandergeklebten Fasern bestehen (Hakenfasern, geringer Kohlenstoffgehalt, zylindrisch, Länge L_f = 60 mm und Durchmesser d_f = 0,8 mm);
Fasern B:
Stahlfasern DRAMIX RC 80-60 HC von der Firma Bekaert, analog den Fasern A, aber mit hohem Kohlenstoffgehalt;
Fasern C:
Stahlfasern von der Firma Novocon (gewellte Fasern mit rechteckigem Querschnitt, L_f = 50mm, a_f = 2,5mm, b_f = 0,4mm).
2) Herstellungsweise
In Beispiel 1 erfolgte die Herstellung des Betons im Labor mit einem SKAKO-Mischer. Im Verlauf des Schritts der Herstellung des Betons werden die Bestandteile in der folgenden Reihenfolge gemischt:

– Einführung der Granulate in den Mischer;
– Einführung von Feuchtmittel während 30 Sekunden;
– Mischen der feuchten Granulate während 30 Sekunden;
– Ruhen während 4 Minuten;
– Einführung der Bindemittel während 30 Sekunden;
– Mischen während 1 Minute;
– Einführung des Anrührwassers und der Hilfsstoffe;
– Mischen des Betons während 3 Minuten;
– Einführung der Hälfte der Metallfasern, indem man sie auf der Oberfläche des Betons verteilt;
– Einschalten des Mischers und Einführung der anderen Hälfte der Fasern während 30 Sekunden;
– Mischen des Betons während 1 Minute.

In Beispiel 2 wurde ein industrieller Mischer verwendet. Die Herstellungsweise des Betons ist die folgende:

– Einführung aller Bestandteile außer den Fasern;
– Trockenmischen während 1 Minute;
– Einführung des Wassers und des Fließmittels;
– Mischen während 5 Minuten;
– Einführung der Fasern;
– Mischen während 1 Minute.

Dann werden die Formen gefüllt, dann bei den Betons mit fester bis flüssiger Konsistenz gerüttelt und bei den Betons mit selbstverdichtender Konsistenz nicht gerüttelt.
3) Reifung
Die Probekörper werden entweder sofort einer Wärmebehandlung unterzogen, wie sie oben definiert ist, oder bei 20 °C unter Wasser aufbewahrt, dann nach einer vorbestimmten Verweilzeit gegebenenfalls einer Wärmebehandlung unterzogen, wie sie oben definiert ist.
Messverfahren
1) Messung der Ausbreitung
Bei Betons mit geringer Fließfähigkeit besteht das Prinzip der Messung darin, den Durchmesser des Betonkuchens zu messen, der entsteht, nachdem der entformte Beton Stößen ausgesetzt wurde. Das Verfahren zur Messung der Ausbreitung ist in der Norm DIN 1048 beschrieben.
Bei Betons mit hoher Fließfähigkeit wird dasselbe Verfahren verwendet, aber ohne Stöße.
Bei allen Versuchen erfolgen die Messungen der Ausbreitung nach Zugabe der Metallfasern. Die verschiedenen Konsistenzen entsprechen den folgenden Ausbreitungen:
feste Konsistenz: DIN-Ausbreitung mit Stößen kleiner oder gleich 350 mm;
plastische Konsistenz: DIN-Ausbreitung mit Stößen 350 bis 450 mm;
flüssige Konsistenz: DIN-Ausbreitung ohne Stöße 450 bis 600 mm;
selbstverdichtende Konsistenz: DIN-Ausbreitung ohne Stöße größer oder gleich 600 mm.
Die Messungen der Ausbreitung erfolgen entweder am Ende der Herstellung des Betons bei t₀ oder eine Stunde nach dem Ende der Herstellung des Betons bei t₀ + 1h, was einer üblichen praktischen Nutzungsdauer entspricht.
3) Messung der mechanischen Biege- und Druckfestigkeit
Das Prinzip der Messung besteht darin, die Werte zu bestimmen der:

– Biegefestigkeit Rfl an prismatischen Probekörpern der Abmessungen 10 cm × 10 cm × 40 cm durch 4-Punkt-Biegeversuche nach dem durch die Norm NF P 18-409 definierten Arbeitsmodus;
– Druckfestigkeit Rc an zylindrischen Probekörpern der Abmessungen ϕ = 11 cm × h = 22 cm nach dem durch die Norm NF P 18-406 definierten Arbeitsmodus.

Beispiel 1
Es wurden verschiedene Faserbetons gemäß der Erfindung hergestellt, die im Folgenden mit R2 und O3 bis O5 bezeichnet werden.
In Tabelle 1 sind die Zusammensetzungen (ausgedrückt in kg/m³) der Betons R2, O3 bis O5 sowie die Werte der Verhältnisse 1 bis 5 der Gehalte der Bestandteile (a), (b), (C1), (C2) und E, wie sie oben definiert sind, aufgeführt.
Die Werte der Verhältnisse 1 bis 4 genügen den Erfordernissen.
Da die Zusammensetzungen der Betons R2 und O3 bis O5 keine Zementadditive (d) umfassen, ist der Wert des Verhältnisses 5 = 0.
Diese Betons umfassen weniger als 120 kg Metallfasern pro m³.
Die rheologischen und mechanischen Eigenschaften dieser Betons sind in Tabelle 2 sowie in den 1 und 2 angegeben.
Gemäß dieser Tabelle 2 genügen alle Betons (R2, O3 bis O5) den folgenden Spezifikationen:

• Biegefestigkeit Rfl nach 28 Tagen über 15 MPa; und
• Druckfestigkeit Rc nach 28 Tagen über 120 MPa.

Tabelle 2 zeigt auch, dass diese Spezifikationen für die festen, flüssigen und selbstverdichtenden Betons R2, O3, O4 bzw. O5 befriedigend sind. Die selbstverdichtenden Betons sind Betons, die eine Ausbreitung ohne Stöße von über 600 mm aufweisen. Die Ergebnisse der Ausbreitung des durch das Symbol O5 bezeichneten Betons zeigen, dass ein selbstverdichtender Beton realisiert werden kann, der die Rheologie während wenigstens 1 Stunde aufrechterhält.
Die 1 und 2 stellen jeweils drei Kurven dar, die durch Vierpunkt-Biegeversuche erhalten wurden, wobei die Ordinate die Belastungswerte (kN) und die Abszisse die korrigierten Werte der Auslenkung für die Probekörper der Betons O3 bzw. O5 angibt.
Die Versuche werden gemäß der Norm NF P 18-409 durchgeführt; die Auslenkungswerte erfahren eine Korrektur gemäß den Regeln der Technik, die dem Fachmann wohlbekannt sind, aufgrund der Verschiebung, die während der Platzierung des Versuchs entsteht.
Die drei Kurven entsprechen jeweils einem Versuch, der mit einem Probekörper durchgeführt wurde (drei getestete Probekörper).
Die 1 und 2 zeigen, dass die Betons O3 und O5 ein duktiles Biegeverhalten zeigen.
Das folgende Beispiel 2, das kein Bestandteil der Erfindung ist, veranschaulicht dennoch gewisse Aspekte derselben.
Beispiel 2

Gemäß der Vorgehensweise von Beispiel 1 wurde ein Faserbeton gemäß der Erfindung hergestellt, der im Folgenden mit O6 bezeichnet wird und bei dem Zementadditive (Flugasche) hinzugefügt wurden. Die Zusammensetzung dieses Betons O6 ist in der folgenden Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3

Bestandteile		in kg/m³
Typ	Name	O6
Kiessand	Granit 6/12 mm	830
Sand	Quarz 0/5 mm	692
feiner Sand	Quarz 0/05 mm	266
Zement	Portland EXSHAW Typ 50	468
Flugasche	Sundance	43
Quarzstaub	SKW	56
Wasser	Brauchwasser	109
Fließmittel	OPTIMA 175	21,5
Metallfasern	NOVOCON	40
	Verhältnis 1	0,86
	Verhältnis 2	0,29
	Verhältnis 3	0,18
	Verhältnis 4	0,56
	Verhältnis 5	0,14

Das Verhältnis 5 ist das Volumenverhältnis von Flugasche zu Zement.
Die Ergebnisse der Druckversuche zeigen, dass dieser Beton nach 28 Tagen eine Druckfestigkeit von 132 MPa aufweist.

Claims

Beton mit einer nach 28 Tagen bewerteten Biegefestigkeit Rfl von wenigstens 15 MPa, die an prismatischen Probekörpern durch 4-Punkt-Biegeversuche nach dem durch die Norm NF P 18-409 definierten Arbeitsmodus gemessen wird, und mit darin dispergierten Metallfasern, der erhalten wird durch Mischen einer Zusammensetzung, die Folgendes umfasst, mit Wasser: a) einen Zement, dessen Teilchen eine D50-Korngröße von 10 μm bis 20 μm haben; b) ultrafeine, puzzolanisch reagierende Elemente, deren Primärteilchen eine D50-Korngröße von höchstens 1 μm haben; c) granuläre Elemente, die zwischen zwei Kornklassen C₁ und C₂ verteilt sind, welche folgendermaßen definiert sind: C₁: Teilchen mit einer Größe von über 1 μm und unter 5 mm; C₂: Teilchen mit einer Größe von 6 bis 12 mm; d) eine Wassermenge E, die zu dem Gemisch gegeben wird; e) ein Dispergiermittel, vorzugsweise ein Fließmittel, das in einem Anteil an der Trockenmasse von 1,5 bis 5 Vol.-% vorhanden ist, bezogen auf den Zement; f) Metallfasern, die in einer Menge von höchstens 120 kg pro m³ Beton vorhanden sind und eine solche individuelle Länge L haben, dass der Beton ein Verhältnis L/ϕ von wenigstens 2 und vorzugsweise wenigstens 3 aufweist, wobei L die individuelle Länge der Fasern ist und ϕ der Durchmesser der größten Körner ist; dadurch gekennzeichnet, dass die als Volumenanteil ausgedrückten Gehalte der verschiedenen Bestandteile (a), (b), (C₁), (C₂) und der Wassermenge E den folgenden Beziehungen genügen: Verhältnis 1 0,50 ≤ (C₂)/(C₁) ≤ 1,20 Verhältnis 2 0,25 ≤ [(a) + (b)]/[(C₁) + (C₂)] ≤ 0,60 Verhältnis 3 0,10 ≤ (b)/(a) ≤ 0,30 Verhältnis 4 0,50 ≤ E/[(a) + (b)] ≤ 0,75.
Beton gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: a) die Zementteilchen (a) eine D50-Korngröße in der Größenordnung von 15 μm haben; b) die ultrafeinen, puzzolanisch reagierenden Elemente (b) eine D50-Teilchengröße von unter 1 μm haben.
Beton gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass der erhaltene Beton eine feste bis fließfähige Konsistenz hat, die folgende Beziehung für das Verhältnis 2 der als Volumenanteil ausgedrückten Gehalte an den Bestandteilen (a), (b), (C₁), (C₂) gilt: Verhältnis 2 0,25 ≤ [(a) + (b)]/[(C₁) + (C₂)] ≤ 0,45.
Beton gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass der erhaltene Beton eine selbstverdichtende Konsistenz hat, die folgende Beziehung für das Verhältnis 2 der als Volumenanteil ausgedrückten Gehalte an den Bestandteilen (a), (b), (C₁), (C₂) gilt: Verhältnis 2 0,45 ≤ [(a) + (b)]/[(C₁) + (C₂)] ≤ 0,60.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von der Konsistenz des erhaltenen Betons die folgenden Beziehungen für die Verhältnisse 1, 3, 4 der als Volumenanteil ausgedrückten Gehalte an den Bestandteilen (a), (b), (C₁), (C₂) und der Wassermenge E gelten: Verhältnis 1 0,60 ≤ (C₂)/(C₁) ≤ 1,0 Verhältnis 3 0,15 ≤ (b)/(a) ≤ 0,25 Verhältnis 4 0,55 ≤ E/[(a) + (b)] ≤ 0,70.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zement ein Zement mit hohem Siliciumoxidgehalt ist, wobei der Zement wenigstens 20 Gew.-% kombiniertes Siliciumoxid umfasst, bezogen auf das Gewicht des Zements.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Metallfasern in dem Beton 20 bis 120 kg/m³ und vorzugsweise 40 bis 100 kg/m³ Beton beträgt.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern Stahlfasern sind.
Beton gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfasern einen erhöhten Kohlenstoffgehalt von 0,7% bis 0,8% haben.
Beton gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfasern einen geringen Kohlenstoffgehalt von kleiner oder gleich 0,1% haben.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er auch kurze Fasern aus Polyvinylalkohol, Polyacrylnitril, Polyethylen hoher Dichte, Aramidpolyamid oder Polypropylen umfasst.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Fließmittel (Superplasticizer) umfasst, das in einem Anteil an der Trockenmasse von 1,5 bis 5 Vol.-% und vorzugsweise 2,5 bis 3,5 Vol.-% vorhanden ist, bezogen auf den Zement.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fließmittel aus polyoxyethylenierten Phosphonaten, Polyoxpolycarboxylaten und ihren Gemischen ausgewählt ist.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine an zylindrischen Probekörpern gemessene Druckfestigkeit Rc von größer oder gleich 120 MPa aufweist, wobei die Druckfestigkeit nach 28 Tagen bewertet wird.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ultrafeinen, puzzolanisch reagierenden Elemente (b) aus Quarzstaub bestehen.
Beton gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die granulären Elemente (c) gesiebte oder gemahlene Granulate oder Gemische von Granulaten sind.
Gewölbesteine, Platten, Elemente vom Typ Tafeln oder Schalen, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem Beton gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 bestehen.
Vorgefertigtes Element, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Beton besteht, wie er gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 definiert ist.
Verfahren zur Herstellung eines Betons mit einer nach 28 Tagen bewerteten Biegefestigkeit Rfl von wenigstens 15 MPa, die an prismatischen Probekörpern durch 4-Punkt-Biegeversuche nach dem durch die Norm NF P 18-409 definierten Arbeitsmodus gemessen wird, und mit darin dispergierten Metallfasern, der das Gemisch einer Wassermenge E mit einer Zusammensetzung umfasst, die Folgendes umfasst: a) einen Zement, dessen Teilchen eine D50-Korngröße von 10 μm bis 20 μm haben; b) ultrafeine, puzzolanisch reagierende Elemente, deren Primärteilchen eine D50-Korngröße von höchstens 1 μm haben; c) granuläre Elemente, die zwischen zwei Kornklassen C₁ und C₂ verteilt sind, welche folgendermaßen definiert sind: C₁: Teilchen mit einer Größe von über 1 μm und unter 5 mm; C₂: Teilchen mit einer Größe von 6 bis 12 mm; e) ein Dispergiermittel, vorzugsweise ein Fließmittel, das in einem Anteil an der Trockenmasse von 1,5 bis 5 Vol.-% vorhanden ist, bezogen auf den Zement; f) Metallfasern, die in einer Menge von höchstens 120 kg pro m³ Beton vorhanden sind und eine solche individuelle Länge L haben, dass der Beton ein Verhältnis L/ϕ von wenigstens 2 und vorzugsweise wenigstens 3 aufweist, wobei L die individuelle Länge der Fasern ist und ϕ der Durchmesser der größten Körner ist; dadurch gekennzeichnet, dass die als Volumenanteil ausgedrückten Gehalte der verschiedenen Bestandteile (a), (b), (C₁), (C₂) und der Wassermenge E den folgenden Beziehungen genügen: Verhältnis 1 0,50 ≤ (C₂)/(C₁) ≤ 1,20 Verhältnis 2 0,25 ≤ [(a) + (b)]/[(C₁) + (C₂)] ≤ 0,60 Verhältnis 3 0,10 ≤ (b)/(a) ≤ 0,30 Verhältnis 4 0,50 ≤ E/[(a) + (b)] ≤ 0,75.
Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass: a) die Zementteilchen (a) eine D50-Korngröße in der Größenordnung von 15 μm haben; b) die ultrafeinen, puzzolanisch reagierenden Elemente (b) eine D50-Teilchengröße von unter 1 μm haben.
Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass der erhaltene Beton eine feste bis fließfähige Konsistenz hat, die folgende Beziehung für das Verhältnis 2 der als Volumenanteil ausgedrückten Gehalte an den Bestandteilen (a), (b), (C₁), (C₂) gilt: Verhältnis 2 0,25 ≤ [(a) + (b)]/[(C₁) + (C₂)] ≤ 0,45.
Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass der erhaltene Beton eine selbstverdichtende Konsistenz hat, die folgende Beziehung für das Verhältnis 2 der als Volumenanteil ausgedrückten Gehalte an den Bestandteilen (a), (b), (C₁), (C₂) gilt: Verhältnis 2 0,45 ≤ [(a) + (b)]/[(C₁) + (C₂)] ≤ 0,60.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von der Konsistenz des erhaltenen Betons die folgenden Beziehungen für die Verhältnisse 1, 3, 4 der als Volumenanteil ausgedrückten Gehalte an den Bestandteilen (a), (b), (C₁), (C₂) und der Wassermenge E gilt: Verhältnis 1 0,60 ≤ (C₂)/(C₁) ≤ 1,0 Verhältnis 3 0,15 ≤ (b)/(a) ≤ 0,25 Verhältnis 4 0,55 ≤ E/[(a) + (b)] ≤ 0,70.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Zement ein Zement mit hohem Siliciumoxidgehalt ist, wobei der Zement wenigstens 20 Gew.-% kombiniertes Siliciumoxid umfasst, bezogen auf das Gewicht des Zements.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Metallfasern in dem Beton 20 bis 120 kg/m³ und vorzugsweise 40 bis 100 kg/m³ Beton beträgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern Stahlfasern sind.
Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfasern einen erhöhten Kohlenstoffgehalt von 0,7% bis 0,8% haben.
Verfahren gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlfasern einen geringen Kohlenstoffgehalt von kleiner oder gleich 0,1% haben.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass er auch kurze Fasern aus Polyvinylalkohol, Polyacrylnitril, Polyethylen hoher Dichte, Aramidpolyamid oder Polypropylen umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Fließmittel umfasst, das in einem Anteil an der Trockenmasse von 1,5 bis 5 Vol.-% und vorzugsweise 2,5 bis 3,5 Vol.-% vorhanden ist, bezogen auf den Zement.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Fließmittel aus polyoxyethylenierten Phosphonaten, Polyoxpolycarboxylaten und ihren Gemischen ausgewählt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Beton eine an zylindrischen Probekörpern gemessene Druckfestigkeit Rc von größer oder gleich 120 MPa aufweist, wobei die Druckfestigkeit nach 28 Tagen bewertet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die ultrafeinen, puzzolanisch reagierenden Elemente (b) aus Quarzstaub bestehen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die granulären Elemente (c) gesiebte oder gemahlene Granulate oder Gemische von Granulaten sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer Betonzentrale gebrauchsfertig durchgeführt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass es in einer Vorfertigungsfabrikzentrale durchgeführt wird.